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技术文章

超长结构温度应力,徐变折减系数能不能省?

徐变折减系数不能省,也不能随手取一个数。它只对季节温差和收缩当量温差起作用,昼夜温差不能折;降温过程越慢,折减越接近实际,降温越快,取值越要往保守的方向走。BICP银泰建构在某冷库项目取消后浇带的论证中,因为冷库降温在短期内完成、徐变松弛来不及充分发展,把应力松弛系数保守取到0.8,没有套用民用建筑简易计算的0.3。

作者:BICP银泰建构
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适用场景

技术文章徐变折减系数、温度应力、超长结构、混凝土收缩、后浇带、预应力温度筋
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导语

0.8在这里表示折减幅度更小、取值更保守。混凝土在长期受力状态下会缓慢变形,把弹性阶段算出来的拉应力释放掉一部分,这就是徐变。季节温差和收缩往往跨越几个月到几年,徐变有足够时间发展;昼夜温差一天一轮,来不及。计算书出问题,多半出在两处:折减范围划错,把0.3套到了全部温差上;折减路径走错,折完弹性模量又折一次温差。

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为什么弹性算出来的结果会偏大

混凝土即使不受外荷载,硬化过程中也会收缩;收缩受到柱和墙的约束,梁板内就被拉出应力。弹性计算的前提是混凝土全程不松弛,算出的数值自然偏大。

拿C40混凝土做例子:最终收缩应变按4×10⁻⁴取,竖向约束下已完成的自由变形按60%计,剩下的残余应变在完全约束条件下产生的名义拉应力约5.2MPa;把弹性模量按徐变系数2~4折减后,应力降到约1.29MPa,约束较弱的部位再往下调,按0.8MPa考虑。简易算法里常见建议是0.3~0.5,多数取0.3,这是一个经验区间,现行规范没有给出明确规定。

收缩的进度也有规律:两周大约走完全部收缩的四分之一,一个月约走一半,三个月走到60%到80%,两年后基本稳定,最终收缩应变的量级在(2~5)×10⁻⁴。收缩是逐渐释放的,徐变也就一直有机会参与应力重分布。

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适合哪些项目

  • 适合:伸缩缝间距超过规范限值、又不打算设缝的超长混凝土结构;以季节温差和收缩当量温差为主的温度应力;梁板被柱和墙约束、因此产生温度拉应力的部位。
  • 不适合直接套折减法:降温在极短时间内完成的工况,徐变来不及发生,要先做降温过程分析、算出弹性内力,再按实际配筋和实际降温复核裂缝。
  • 需要先确认:后浇带位置和计划合拢时间、使用温度区间、所在地区基本气温、施工季节、混凝土强度等级。
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折减系数怎么用对:三步

第一步:把温度工况拆开

季节温差、收缩当量温差、昼夜温差分别定值,不要合成一个数一把折。收缩当量温差先定最终收缩应变,再乘上竖向约束下尚未完成的那部分自由变形,得到残余应变。某鲜活农产品项目在方案阶段按最终收缩应变4×10⁻⁴取值,竖向约束下自由变形已完成50%,折出收缩当量温差20℃;地下部分合计降温30℃,地上部分合计降温40℃。

第二步:判断降温速率

降温跨几个月到几年的,按常规经验区间取值;降温集中在使用初期或事故工况的,往保守方向取,或者干脆放弃折减法改用过程分析。冷库是典型例子,降温在短期内完成,徐变松弛来不及充分发展,取0.3就把应力释放算多了。

第三步:两条折减路径只走一条

做法 折减对象 容易出错的地方
折减水平构件弹性模量 只折水平构件,竖向墙柱不折 竖向构件也折了,约束被削弱,算出来的应力偏小
直接折减温差 只折季节温差和收缩当量温差,昼夜温差按原值 弹性模量又折一次,等于折了两遍

约束来自竖向墙和柱,折减作用在被约束的梁板上,墙柱本身不折。无梁楼盖越靠近剪力墙约束越强,预压应力的建立程度与楼盖中部差别明显;我们按邻墙区和中部区分别取有限元结果复核应力和变形,再定局部配筋加强的范围。

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折减之后还有两件事

徐变折减完成后,还要再叠加混凝土开裂后的刚度折减,约0.85。前者处理时间效应,后者处理开裂效应,两件事分开做;只乘一个0.3就结束计算,开裂带来的刚度削弱就漏掉了。某地铁车辆段二区的方案测算里,季节温差与干缩等效温差合计总温降-38℃,按徐变折减0.3、开裂刚度折减0.85连乘后,实际按约-10℃输入计算。

另一件事是输入方式。软件里的系统温度包含竖向构件、单元温度不包含,同一个模型换一种输入,配合折减算法会得到不同结果。我们的做法是先在模型里明确竖向构件是否参与温度作用,再用另一套软件或另一组工况互相校核。

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取值最后要留档,做敏感性对比

最终收缩应变、已完成自由变形比例、残余应变、徐变系数一起存档,谁接手都能看出这个0.3建立在什么假定上。敏感性对比要成对算:同一个模型换一个取值再算一遍,两个结果摆在一起看。以某块地下二层顶板为例,折减系数取0.5时,X向和Y向的温度应力都在6.5MPa左右;差多少取决于约束刚度、配筋率和温度工况的组合。

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工程经验

某地铁车辆段咽喉区项目建筑面积约6.5万㎡,其中03-04分区约265m×160m,业主希望不设伸缩缝。温度应力分析用Midas完成,无粘结预应力温度筋按分析结果配置,指向温降拉应力和裂缝控制。系数定下来只是中间一步,最终要落成预应力温度筋的用量和普通钢筋的构造做法。

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参考依据

  • 《混凝土结构设计规范》8.1.3条:给出伸缩缝最大间距限值,也给出用专门预加应力措施或增配构造钢筋处理超长的做法。
  • 银泰建构在地铁车辆段、冷链库房等超长结构上的温度应力分析与预应力温度筋配置经验。
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常见问题

Q1 留了后浇带,徐变折减系数还要不要取?

要取。合拢之后仍有季节温差和残余收缩,这部分同样要考虑徐变折减;能折多少,与合拢时间和合拢后的暴露时间有关。我们按合拢时间分阶段建模,各阶段分别输入温差再叠加,不把整个收缩量都算到合拢以后。

Q2 普通混凝土结构和预应力结构的折减取值有区别吗?

系数本身反映的是徐变对弹性应力的释放,和是否配预应力筋没有直接关系;但约束刚度和配筋率不同,同样取0.3算出来的预压应力需求差别很大。取值要和构件约束刚度、配筋率、温度工况组合放在一起看。

Q3 收缩当量温差里,已完成自由变形比例取50%还是60%怎么定?

这个比例取决于竖向约束的强弱和收缩发展的时间窗口:约束越强,能自由完成的变形越少,残余部分的比例越高。某鲜活农产品项目方案阶段按50%取,另一些分析按60%取,每次取值都连同最终收缩应变一起写进计算书,方便后面复核。

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